DE3844740A1

DE3844740A1 - Combustion accelerator for engine burning fuel-air mixt. - generates turbulence in mixt. by propagation of shock wave from electric discharge for boundary layer enlargement

Info

Publication number: DE3844740A1
Application number: DE3844740A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Ing Maly; Wolfgang Dipl Ing Pfister
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1992-11-19
Anticipated expiration: 2008-12-24
Also published as: DE3843521A1; DE3844740C2; DE3843521C2

Abstract

Turbulence is generated in the combustion chamber (1) by e.g. a sliding plug (4) which is set into the cylinder wall (3) and switched-on by a contrl unit (5) before and/or after each ignition. The shock wave (6) generated by the electric discharge at the plug (4) is propagated into the combustion chamber (1) so that the boundary layer (7) between burnt and unburnt mixt. becomes disrupted and enlarged. The same effect can arise from discharge before ignition. ADVANTAGE - Combustion process is optimised spatially and temporally by enlargement of surface of flame boundary layer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbessern der Durchbrenngeschwindigkeit eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eingeschlossenen Kraftstoff/Luft-Ge mischs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for improving the Burning speed of one in a combustion chamber Internal combustion engine included fuel / air Ge mixes according to the preamble of patent claim 1.

Aus der US-PS 28 44 135 ist ein Verfahren bekannt, mit dessen Hilfe die Verbrennung eines in einem Brennraum ein geschlossenen Kraftstoff/Luft-Gemischs beeinflußt wird. Hierzu wird im Brennraum zwischen einer gegenüber den an deren Bauteilen isolierten Elektrode einerseits und der Brennraumwand bzw. dem Kolben der Brennkraftmaschine an dererseits ein elektrisches Feld hoher Intensität erzeugt. Im Kraftstoff/Luft-Gemisch, vor allem an der Flammenfront, vorhandene Zonen erfahren in diesem Feld eine Kraft, wo durch die Ausbreitung der Flammenfront nach der Zündung des Gemischs gefördert wird. Die Stärke des elektrischen Feldes soll einerseits so hoch sein, daß eine Beeinflus sung der Verbrennung möglich ist, andererseits soll eine direkte Entladung von der Elektrode zum Kolben bzw. zur benachbarten Brennkammerwand jedoch vermieden werden. Auf diese Weise kann die Flammenfront in Ausbreitungsrichtung durch Krafteinwirkung auf die Ionen beschleunigt werden. Es ist jedoch nicht möglich, die Verbrennung selbst zu beschleunigen, d. h. die pro Zeiteinheit umgesetzte Energie zu erhöhen.From US-PS 28 44 135 a method is known with whose help is the combustion of one in a combustion chamber closed fuel / air mixture is affected. This is done in the combustion chamber between one and the other whose components insulated electrode on the one hand and the Combustion chamber wall or the piston of the internal combustion engine on the other hand generates an electric field of high intensity. In the fuel / air mixture, especially on the flame front, existing zones experience a force in this field, where through the spread of the flame front after ignition of the mixture is promoted. The strength of the electrical On the one hand, the field should be so high that it has an influence combustion is possible, on the other hand, a direct discharge from the electrode to the piston or to neighboring combustion chamber wall can be avoided. On this way the flame front can propagate can be accelerated by the force acting on the ions. However, it is not possible to burn yourself accelerate, d. H. the energy converted per unit of time to increase.

Die DE-OS 26 21 533 zeigt einen Verbrennungsmotor mit meh reren in einem Verbrennungsraum angeordneten Zündkerzen. Durch eine Vielfach-Funkenzündung soll dabei gewährleistet werden, daß auch bei einem hohen Abgasrückführverhältnis eine sichere Zündung des gesamten im Brennraum vorhandenen Gemischs und eine vollständige Verbrennung durch Verkür zung der Verbrennungszeit desselben erfolgt. Dies wird durch eine entsprechende Anordnung einer Mehrzahl von Zünd kerzen im Brennraum erreicht, die zum gleichen Zeitpunkt gezündet werden. Gemäß der DE-OS kann die Zünddauer bzw. der Zündzeitpunkt der Zündkerzen aber auch ein wenig von einander verschieden sein, um eine eventuell unsymmetri sche Anordnung der Mehrzahl von Zündkerzen im Brennraum auszugleichen. Auf diese Weise sollen die NO_x-Emissionen der Brennkraftmaschine verringert werden. Die DE-OS zeigt somit eine Möglichkeit zur räumlichen Verkürzung der Flammwege im Brennraum und auf diese Weise zur Erhöhung der Durchbrenngeschwindigkeit. Es ist dabei jedoch eine Vielzahl von Zündkerzen erforderlich, die alle mit der zur Gemischzündung erforderlichen hohen Spannung beaufschlagt werden müssen. Eine gezielte Verbrennungssteuerung durch zu definierten Zeitpunkten stattfindende Einflußnahme auf die Verbrennung ist mit der Vorrichtung nach der DE-OS nicht möglich.DE-OS 26 21 533 shows an internal combustion engine with several spark plugs arranged in a combustion chamber. A multiple spark ignition is intended to ensure that, even with a high exhaust gas recirculation ratio, reliable ignition of the entire mixture present in the combustion chamber and complete combustion by shortening the combustion time of the same takes place. This is achieved by a corresponding arrangement of a plurality of spark plugs in the combustion chamber, which are ignited at the same time. According to DE-OS, the ignition duration or the ignition timing of the spark plugs can also be a little different from one another in order to compensate for a possibly asymmetrical arrangement of the plurality of spark plugs in the combustion chamber. In this way, the NO _x emissions of the internal combustion engine are to be reduced. The DE-OS thus shows a possibility for shortening the flame paths in the combustion chamber and in this way to increase the burn rate. However, a large number of spark plugs are required, all of which must be supplied with the high voltage required for mixture ignition. A targeted combustion control by influencing combustion at defined points in time is not possible with the device according to DE-OS.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Vergrößerung der Ober fläche der Flammenfront den Verbrennungsablauf örtlich und zeitlich zu optimieren.The object of the invention is to enlarge the upper area of the flame front the combustion process locally and optimize in time.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich nenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale ge löst. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.The task is inventively characterized in ning part of claim 1 mentioned features ge solves. Further advantages and refinements of the invention emerge from the subclaims and the description.

Bei einer Brennkraftmaschine wird das im Brennraum einge schlossene Kraftstoff/Luft-Gemisch durch einen Turbulenz erzeuger, der vor und/oder nach jedem Zündbeginn, der im Falle einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine durch eine eigene Zündkerze initiiert wird, eingeschaltet wird, örtlich und zeitlich optimal und stark verwirbelt. Folge dieser Verwirbelung ist ein Aufreißen der Flammenfront nach der Zündung und damit eine Vergrößerung ihrer Ober fläche, wodurch der Verbrennungsvorgang schneller ablaufen kann. Die Turbulenz wird dabei durch eine elektrische Ent ladung im Brennraum erzeugt. Für die Wirkungsweise selbst ist es dabei von untergeordneter Bedeutung, ob die Turbu lenz vor oder nach erfolgter Zündung des Gemischs erzeugt wird, d. h. ob das Gemisch verwirbelt wird oder die Flam menfront. Entscheidend ist, daß Turbulenzen im Brennraum derart zeitlich und örtlich erzeugt werden, daß die Ver brennung in weiten Grenzen gesteuert und/oder geregelt werden kann.In an internal combustion engine, this is switched on in the combustion chamber closed fuel / air mixture due to turbulence producer who before and / or after each start of ignition, in the In the case of a mixture-compressing internal combustion engine a separate spark plug is initiated, is switched on, optimally spatially and temporally and strongly swirled. episode this vortex is a rupture of the flame front after the ignition and thus an enlargement of their upper surface, which makes the combustion process faster can. The turbulence is caused by an electrical ent charge generated in the combustion chamber. For the mode of action itself it is of secondary importance whether the Turbu Lenz generated before or after ignition of the mixture will, d. H. whether the mixture is swirled or the flam menfront. It is crucial that there is turbulence in the combustion chamber are generated so temporally and locally that the Ver Burning controlled and / or regulated within wide limits can be.

Die Erfindung sei nachstehend anhand der Zeichnung be schrieben. In der einzigen Figur ist schematisch ein Brenn raum 1 einer Brennkraftmaschine 2 zu sehen. In der Brenn raumwand 3 ist ein elektrischer Turbulenzerzeuger angeord net, der über ein Steuergerät 5 angesteuert wird. Als Tur bulenzerzeuger kann z. B. eine Gleitkerze 4 benutzt werden, die vom Steuergerät 5 vor und/oder nach jeder Zündung im Brennraum 1 eingeschaltet wird. Die durch die elektrische Entladung an der Gleitkerze 4 entstehende Stoßwelle 6 brei tet sich von der Gleitkerze 4 ausgehend in den Brennraum 1 aus. Erfolgt die elektrische Entladung nach der Zündung des im Brennraum 1 eingeschlossenen Gemischs, so wird durch die Stoßwelle 6 die schematisch eingezeichnete Flam menfront 7 aufgerissen, so daß sich ihre Oberfläche stark vergrößert. Durch diese Oberflächenvergrößerung kann die Verbrennung optimal ablaufen. Der gleiche Effekt kann er zielt werden, wenn die Entladung bereits vor der Gemisch zündung erfolgt, so daß die Flammenfront 7 schon eine tur bulente Strömung im Brennraum 1 vorfindet, während sie sich ausbreitet. Auch in diesem Falle wird die Flammen front 7 aufgerissen und damit die reagierende Oberfläche vergrößert. Dabei ist es grundsätzlich ohne Bedeutung, ob die Stoßwelle 6 entgegen der Ausbreitungsrichtung der Flammenfront 7 oder in Richtung derselben gerichtet ist. Wesentlich ist nur die Erzeugung einer Turbulenz, die die Reaktionsoberfläche der Flammenfront 7 vergrößert. Es ist jedoch denkbar, durch entsprechende Anordnung der Gleit kerze 4 der Flammenfront 7 eine bevorzugte Ausbreitungs richtung zu geben, die den speziellen Anforderungen unterschiedlicher Brennraumgeometrien gerecht wird und somit die Flammenfront 7 örtlich zu optimieren. Des weite ren kann eine Verbrennung gezielt dadurch gesteuert wer den, daß nicht nur - wie bisher beschrieben - eine einzel ne Turbulenz in Form einer einzelnen Stoßwelle 6 erzeugt wird, sondern mehrere Stoßwellen zeitlich hintereinander während des Verbrennungsablaufes. Dadurch kann die Verbren nung auch in ihrem zeitlichen Ablauf optimiert werden.The invention is described below with reference to the drawing. In the single figure, a combustion chamber 1 of an internal combustion engine 2 can be seen schematically. In the combustion chamber wall 3 , an electrical turbulence generator is net angeord, which is controlled by a control unit 5 . As a tur bulge z. B. a sliding plug 4 are used, which is switched on by the control unit 5 before and / or after each ignition in the combustion chamber 1 . The shock wave 6 resulting from the electrical discharge on the glow plug 4 is made from the glow plug 4 starting in the combustion chamber 1 . If the electrical discharge occurs after the ignition of the mixture enclosed in the combustion chamber 1 , then the schematically drawn flame front 7 is torn open by the shock wave 6 , so that its surface area is greatly enlarged. This increase in surface area allows the combustion to run optimally. The same effect can be aimed if the discharge occurs before the mixture is ignited, so that the flame front 7 already finds a tur bulent flow in the combustion chamber 1 while it is spreading. In this case, too, the flame 7 is torn open, thus increasing the reactive surface. It is basically irrelevant whether the shock wave 6 is directed against the direction of propagation of the flame front 7 or in the direction thereof. The only thing that is essential is the generation of turbulence that increases the reaction surface of the flame front 7 . However, it is conceivable, by appropriate arrangement of the sliding candle 4 of the flame front 7 to give a preferred direction of propagation which meets the special requirements of different combustion chamber geometries and thus locally optimize the flame front 7 . Furthermore, combustion can be specifically controlled by the fact that not only - as described previously - a single ne turbulence is generated in the form of a single shock wave 6 , but several shock waves in succession during the combustion process. As a result, the combustion process can also be optimized in terms of its timing.

Die Erfindung ist keinesfalls auf eine spezielle Art von Brennkraftmaschinen beschränkt und läßt sich sowohl bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, als auch bei luftverdichtenden Brennkraftmaschinen einsetzen.The invention is by no means limited to a special type of Internal combustion engines limited and can be both mixture-compressing internal combustion engines, as well Use air-compressing internal combustion engines.

Claims

1. Vorrichtung zum Verbessern der Durchbrenngeschwindig keit eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eingeschlossenen Kraftstoff-Luft-Gemischs mit Hilfe von mit einer Spannungsquelle verbundenen im Brennraum ange ordneten voneinander isolierten Elektroden, die zu defi nierten Zeiten mit der von der Spannungsquelle bereitge stellten Spannung beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden vor und/oder nach jedem Zündbeginn eine elektrische Entladung hervorgerufen wird.1. A device for improving the burn-through speed of a fuel-air mixture enclosed in a combustion chamber of an internal combustion engine with the aid of electrodes which are connected to one another in the combustion chamber and are insulated from one another and which are acted upon at defined times by the voltage provided by the voltage source , characterized in that an electrical discharge is caused between the two electrodes before and / or after each start of ignition.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Entladung durch eine elektrische Gleit(funken)kerze (4) hervorgerufen wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the electrical discharge is caused by an electrical sliding (spark) candle ( 4 ).

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkerze (4) von einem Steuergerät (5) steuerbar ist.3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the sliding plug ( 4 ) can be controlled by a control device ( 5 ).